WO2016084371A1

WO2016084371A1 - 支持構造物

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Publication number: WO2016084371A1
Application number: PCT/JP2015/005857
Authority: WO
Inventors: 将樹下野; 邦宏森下; 基規加藤; 裕次黒田; 達也天野; 圭一森塚
Original assignee: 三菱日立パワーシステムズ株式会社
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2016-06-02
Also published as: JP2016098607A; JP6430222B2; US20170260767A1; TW201638444A; TWI623674B; US10100546B2

Abstract

　引き抜き対策を施す位置が一律に定まらない構造物であっても、免震装置に生じる引き抜き力が過大となる箇所を容易に特定して引き抜き対策を施す手法を提案する。　特定の免震装置５について引き抜き対策が施されているボイラ支持構造体１０において、それぞれの免震装置５について、式（１）を満たすか否かで、引き抜き対策対象の特定が行われている。　Ｎ_Ｄｎ＋Ｎ_ＥＱｎ＞Ｎ_ｔｎ …式（１）　Ｎ_Ｄｎ（Ｎ_Ｄｎ＜０）：ボイラ支持構造体１０に負荷される常時荷重に基づいて算出される、それぞれの免震装置５に生じる圧縮荷重　Ｎ_ＥＱｎ（Ｎ_ＥＱｎ＞０）：地震が生じたとして算出される、それぞれの免震装置５に生じる引き抜き力　Ｎ_ｔｎ（Ｎ_ｔｎ＞０）：それぞれの免震装置５の許容引き抜き応力を用いて算出される、それぞれの免震装置５の許容引き抜き耐力

Description

支持構造物

　本発明は、効率的に引き抜き対策が施される支持構造物に関する。

　一般的なビル等の構造物１００では、常時荷重（自重および積載荷重等、常時作用する死荷重）に対し、各柱脚１０１に作用する鉛直方向の反力のバランスは平面方向においてほぼ均等であり、免震化した際の各免震装置に作用する鉛直力Ｒもほぼ均等となる（図１２（ａ）参照）。ところが、地震により水平力が作用して転倒モーメントが作用すると、構造物１００の端部Ｅにおいて引き抜き（引張）力が卓越する傾向にあるため、一般的な構造物１００の端部Ｅの免震装置に引き抜き対策が施される（図１２（ｂ），（ｃ）参照）。

　ところが、ボイラ鉄骨等のプラント支持構造物の場合、支持される機器の荷重により各柱脚の鉛直方向反力の平面方向のバランスが不均一であるため、必ずしも構造物の端部に引き抜き力が作用するとは限らない。したがって、プラント支持構造物の場合には、一般的な構造物のように引き抜き対策を施す位置を、端部というように一律に決めることはできない。

　例えば特許文献１，２に引き抜き対策についての提案が開示されている。
　特許文献１は、高層建築物の中央部に階層を貫く内部空間を設け、長期面圧の許容値が１５０～３００ｋｇ／ｃｍ^２である積層ゴム支承で支持することを提案している。この提案は、建築物に内部空間を設けることにより、同じ占有面積で内部空間を有さない建築物に比べて、建物下部への長期荷重が周縁部の積層ゴム支承に多くかかるので、転倒しにくくなり、積層ゴム支承に引き抜き力が生じにくくなる。
　また、特許文献２は、積層ゴムとその上下にフランジを有する積層ゴム支承において、上下のフランジの曲げ剛性を、積層ゴムが損傷する程度の軸方向引張力より小さい軸方向引張力によって面外曲げ変形を生じ得る大きさにすることを提案している。この提案は、上部構造に浮き上がりが生じたときに、積層ゴムに損傷する鉛直方向への引き抜き力が作用する前に、上下のフランジが、積層ゴムよりも低い剛性で、鉛直変位に応じた抵抗力を発揮しながら、曲げ変形を生じるため、積層ゴムに引き抜き力が作用することを解消、軽減することができる。

特開平１０－３２５２６１号公報特開２００５－６１５６５号公報

　特許文献１，２の提案は、それぞれに述べられている効果を奏することは認められるが、プラント支持構造物において、引き抜き対策を施す位置についての示唆はなされていない。
　そこで本発明は、プラント支持構造物のように引き抜き対策を施す位置が一律に定まらない構造物であっても、免震装置に生じる引き抜き力が過大となる箇所を容易に特定して引き抜き対策を施す手法を提案することを目的とする。

　かかる目的のもとなされた、本発明の支持構造物は、被支持体と、基礎に柱脚を介して立設される複数の柱と、隣接する柱を繋ぐ複数の梁と、被支持体を支持する支持鉄骨と、単数又は複数の柱を支持する複数の免震装置と、を備え、特定の免震装置について引き抜き対策が施されているものであり、それぞれの免震装置について、下記の式（１）を満たすか否かで、引き抜き対策が施される免震装置が特定されていることを特徴とする。
　Ｎ_Ｄｎ＋Ｎ_ＥＱｎ＞Ｎ_ｔｎ …式（１）
　ただし、Ｎ_Ｄｎ，Ｎ_ＥＱｎ，Ｎ_ｔｎは、以下の通りに定義される。
　Ｎ_Ｄｎ（Ｎ_Ｄｎ＜０）：支持構造物に負荷される常時荷重に基づいて算出される、それぞれの免震装置に生じる圧縮荷重
　Ｎ_ＥＱｎ（Ｎ_ＥＱｎ＞０）：地震が生じたものとして算出される、それぞれの免震装置に生じる引き抜き力
　Ｎ_ｔｎ（Ｎ_ｔｎ＞０）：それぞれの免震装置の許容引き抜き応力を用いて算出される、それぞれの免震装置の許容引き抜き耐力
　なお、本発明において、引き抜き力は正（＋）の荷重、圧縮力は負（－）の荷重と定義されるものとする。

　本発明の支持構造物によれば、それぞれの免震装置に生じる引き抜き力が過大となる箇所を簡易な演算により特定し、特定された免震装置のみに引き抜き対策を施すことができる。したがって、本発明によれば、支持構造物の端部に一律に引き抜き対策を施すのに比べて、引き抜き対策を施す箇所を減らすことができる。

　本発明における引き抜き力Ｎ_ＥＱｎの算出は、下記の式（２）に基づいて行われるのが好ましい。
　Ｎ_ＥＱｎ＝Ｍ／Ｂ_ｎ … 式（２）
　ただし、式（２）のＭ及びＢ_ｎは、以下の通りに定義される。
　Ｍ：水平力Ｐが上部構造の重心Ｇに作用したときに免震層に生じる転倒モーメントであり、下記の式（３），（４）に基づいて算出される。ここで、免震層とは、上部構造と基礎の間の、免震装置がある階層を示す。上部構造とは、免震層よりも上方の構造部分である。
　Ｂ_ｎ：それぞれの免震装置の転倒モーメントＭに対するアーム長

　Ｐ＝Ｓａ×ｍ … 式（３）
　Ｍ＝Ｐ×Ｌ… 式（４）
　ただし、式（３），（４）のＳａ，ｍ，Ｐ，Ｌは、以下の通りに定義される。
　Ｓａ：設計地震波の応答スペクトルにより算出される、免震層よりも上方の構造部分（上部構造）の固有周期Ｔにおける応答加速度
　ｍ：上部構造の質量
　Ｐ：上部構造の水平力
　Ｌ：上部構造の重心Ｇから免震層の高さ方向の中心までの鉛直方向の距離

　本発明によれば、通常、免震装置に生じる引き抜き力を算出する際に行う地震応答解析を行わないので免震装置に生じる引き抜き力を簡易的に算出することが可能となる。このため、本発明によれば、地震応答解析を実施するのに比べて、演算処理に要する手間を大幅に省くことが可能となり、設計工数を大幅に低減することができる。

　本発明における引き抜き対策として、少なくとも以下の第１形態及び第２形態を含むことができる。
　第１形態は、引き抜き対策が必要と判断された免震装置そのものの引き抜き耐力を大きくするというものであり、第２形態は、引き抜き対策が必要と判断された免震装置に支持される柱（脚）から他の柱に引き抜き力を伝える荷重伝達部材を設けるというものである。本発明において、第１形態及び第２形態の一方だけを選択できるし、第１形態と第２形態を組み合せることもできる。

　第１形態を行う場合に、引き抜き対策を行う前から、免震層の中立軸がずれないように、引き抜き対策を行うことができる。
　また、第１形態を行う場合に、引き抜き対策を行う前から、免震層の中立軸がずれるように、引き抜き対策を行うことができる。
　引き抜き対策を行う前の、免震層の中立軸の位置に応じて上記のいずれかを選択すればよい。

　第２形態に対応する引き抜き対策として、引き抜き対策が必要と特定された免震装置に支持される柱と他の柱とをつなぎ梁及び水平ブレースの一方又は双方で連結し、若しくは、引き抜き対策が必要と特定された免震装置に支持される柱と他の柱との間にＲＣスラブを設けること、ができる。

　本発明の第２形態において、免震装置と並列に、つなぎ梁と基礎の間を連結する引き抜き防止機構を設けることができる。
　また、本発明の第２形態において、引き抜き対策が必要と特定された免震装置に支持される柱の周囲の領域のＲＣスラブの上に機器を設置することができる。

第１実施形態に係るボイラの支持構造体を示す側面図である。（ａ）は図１の支持構造体の横断面を示し、（ｂ）は図１の支持構造体のそれぞれの免震装置の配列と圧縮荷重を示す図である。引き抜き対策が施されるか否かの判定手順を示す図である。引き抜き力の算出手順を示す図である。第２実施形態を示す図である。第３実施形態を示す図である。第４実施形態を示す図である。第４実施形態の変形例を示す図である。第５実施形態を示す図である。第５実施形態の変形例を示す図である。第５実施形態の他の変形例を示す図である。一般的なビル（構造物）の鉛直力Ｒを示す図である。

　以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。

［第１実施形態］
　本実施形態は、支持構造物としてのボイラ支持構造物を対象として、効率的に引き抜き対策を施す位置を特定し、これに基づいて引き抜き対策を配置することを特徴とする。
　引き抜き対策を配置する手順に先立って、この手順が適用されるボイラ支持構造物の構成例を説明する。
　本実施形態に係るボイラ支持構造体１０は、図１に示すように、基礎１の上に設けられるものであり、支持鉄骨１１と、支持鉄骨１１を支持する複数の免震装置５と、を主たる要素として備え、ボイラ本体（被支持体）３を支持する。
　支持鉄骨１１は、鉛直方向に延びる複数本の柱１１ａと、水平方向に延びる複数本の梁１１ｃと、複数本の鉛直ブレース１２と、を組み合わせて構成されている。ボイラ支持構造体１０は、支持鉄骨１１を構成する柱１１ａの末端部分である柱脚１１ｂを介して基礎１に立設されている。

　ボイラ支持構造体１０は、運転中の熱膨張を拘束しないようにするために、最上層の梁１１ｃに固定される複数本の吊下げバー１７を介して、ボイラ本体３を支持鉄骨１１の頂部から吊り下げている。ボイラ支持構造体１０は、ボイラ本体３を水平方向への変位を規制するために、ボイラ本体３と支持鉄骨１１の最外周に位置する柱１１ａとの間に水平方向に架け渡されるサポート１８を介在させている。

　ボイラ支持構造体１０は、図１に示すように、それぞれの柱脚１１ｂの基部と基礎１の間に免震装置５を設置している。なお、１つの免震装置５が複数の柱脚１１ｂを支持することもある。
　ボイラ支持構造体１０は、それぞれの免震装置５の免震特性が、支持鉄骨１１に地震力が作用して柱脚１１ｂに発生する水平反力（以下、単に柱脚反力）の大きさに応じて設定されており、全ての免震装置５が同調して挙動するよう設定されている。つまり、図２（ａ）に示すように、柱脚反力Ｙ_Ｒが大きい箇所には剛性Ｙｓの高い免震装置５を設置し、柱脚反力Ｙ_Ｒが小さい箇所には剛性Ｙｓの低い免震装置５を設置する。図２（ａ）は、図中のＹ軸方向の柱脚反力Ｙ_Ｒと免震装置５の剛性Ｙｓの対応を示しており、それぞれの柱脚１１ｂは、図中の矢印で示すように、一方の側から他方の側に向けて柱脚反力Ｙ_Ｒが大きくなり、それに対応して免震装置５の剛性Ｙｓが大きくなるように設定されている。なお、それぞれの免震装置５に、図２（ａ）に示すように、左上から順に（１）、（２）、（３）…（２３）と番号を付けて、その位置を特定する。
　なお、本実施形態において、荷重の符号は、引き抜き力が正（＋）、圧縮力が負（－）と定義されるものとする。

　免震装置５の剛性を、以上のように相違させる理由を説明する。
　ボイラの支持鉄骨１１は柱脚１１ｂの位置によって柱脚反力が大きく異なるという特徴を有している。これは、ボイラ本体３を含めたボイラ支持構造体１０が、水平方向の荷重に異方性を有しているからである。そのために、各柱脚１１ｂに同じ剛性の免震装置５を設置した場合、各免震装置５の変位が異なるものとなってしまい、免震化後の安定した振動モードを得ることができない。つまり、柱脚１１ｂに図２（ａ）に示した柱脚反力の大小が生ずるとすると、柱脚反力が大きい箇所は免震装置５の変形が大きく、柱脚反力が小さい箇所は免震装置５の変形が小さいために、ねじれ振動モードが発生する可能性がある。
　そこで、図２（ａ）に示したように、各柱脚１１ｂを支持する免震装置５の剛性Ｙｓを柱脚反力Ｙ_Ｒの大きさに応じて調整すると、各柱脚１１ｂにおける免震装置５の変位量を一致させることが可能となる。これにより、地震時にボイラ支持構造体１０が一体となって振動することが可能となり、免震化の効果が高まる。

　本実施形態に用いる免震装置５としては、積層ゴム支承型、すべり支承型、転がり支承型の免震装置のいずれをも適用することができる。

　さて、以上説明した構成を備えるボイラ支持構造体１０を対象にして、引き抜き対策を配置する位置を効率的に特定する手順を、図２～図４を参照して説明する。以下の手順は、コンピュータを用いたシミュレーションにより実行することができる。なお、図２～図４における荷重の符号は、＋：引き抜き力、－：圧縮力と定義する。また、添え字ｎ（１～２３）は各免震装置５を特定する番号である。
［引き抜き対策位置特定］
（Ａ）免震装置５の仮配置
　全ての免震装置５を、積層ゴム支承として、仮配置する。この配置は、図１及び図２（ａ）に示すとおりである。
（Ｂ）圧縮荷重Ｎ_Ｄｎの算出
　次に、静的解析により、ボイラ支持構造体１０に負荷される常時荷重により、それぞれの免震装置５に生じる圧縮荷重Ｎ_Ｄｎ（Ｎ_Ｄｎ＜０）を算出する（図２（ｂ））。この常時荷重は、ボイラ支持構造体１０の上部構造であるボイラ本体３及び支持鉄骨１１が主たる要素になるが、水平方向で分布が相当程度あるために、それぞれの免震装置５の圧縮荷重Ｎ_Ｄｎに相当の差異が生ずる。
（Ｃ）引き抜き力Ｎ_ＥＱｎの算出
　地震が生じたときに、それぞれの免震装置５に生じる引き抜き力Ｎ_ＥＱｎ（Ｎ_ＥＱｎ＞０）を算出する。この算出は、例えば、以下で説明する引き抜き力の算出手順により行われる。

（Ｄ）許容引き抜き耐力Ｎ_ｔｎの算出
　それぞれの免震装置５が備える積層ゴム支承部分（免震要素）の許容引き抜き応力を用いて、免震要素の許容引き抜き耐力Ｎ_ｔｎ（Ｎ）（Ｎ_ｔｎ＞０）を算出する。例えば、免震要素の許容引き抜き応力を１Ｎ/ｍｍ^２とするとき、許容引き抜き耐力Ｎ_ｔｎは下記の式（５）を用いて算出することができる。
　Ｎ_ｔｎ＝１×Ａ … 式（５）
　ここに、Ａは積層ゴム支承の有効断面積（ｍｍ^２）である。

（Ｅ）引き抜き対策の要否評価
　それぞれの免震装置５について、下記式（１）を用いて、引き抜き対策が必要か否かを評価し、式（１）を満たす免震装置５について、引き抜き対策を施すことにする。
　図３（ａ）に示すように、Ｎｏ．（１）～（２３）の中で、Ｎｏ．（１），（４），（２３）の免震装置５が式（１）を満たしているものとすると、図３（ｂ）に示すように、Ｎｏ．（１），（４），（２３）の免震装置５について引き抜き対策を施す。ここで、引き抜き対策は所定の引き抜き耐力を満足し、かつ免震性能を阻害しないものであれば、具体的な手段は問われない。例えば、直動転がり支承、引き抜き防止機構を設置した積層ゴム支承などを適用することができる。
　Ｎ_Ｄｎ＋Ｎ_ＥＱｎ＞Ｎ_ｔｎ …式（１）

［引き抜き力算出手順］
　地震時の引き抜き力Ｎ_ＥＱｎ（Ｎ_ＥＱｎ＞０）は、例えば以下の手順により算出することができる。
（ａ）上部構造の応答加速度Ｓａ算出
　設計地震波の応答スペクトルＳより、免震構造、ここではボイラ支持構造体１０の１次の固有周期Ｔにおける上部構造の応答加速度Ｓａを算出する。図４（ａ）に算出方法を概念的に示す。
（ｂ）上部構造の水平力Ｐの算出
　算出した応答加速度Ｓａを用い、下記の式（３）より、上部構造の水平力Ｐを算出する。なお、図４（ｂ）に示すように、水平力Ｐは上部構造Ｘの重心Ｇに作用するものとする。
　Ｐ＝Ｓａ×ｍ … 式（３）
　ここに、ｍは上部構造の質量である。

（ｃ）免震層の転倒モーメントＭの算出
　算出した水平力Ｐを用い、式（４）より、水平力Ｐを上部構造Ｘの重心Ｇに作用させたときに免震層に生じる転倒モーメントＭを算出する（図４（ｂ）参照）。ここで、免震層とは、基礎１と支持鉄骨１１の間で免震装置５が占有している領域をいう。換言すると、免震層とは、上部構造と基礎の間の、免震装置がある階層を示す。
　Ｍ＝Ｐ×Ｌ… 式（４）
　式（４）において、Ｌは上部構造Ｘの重心Ｇから免震層（免震装置５）の高さ方向の中心までの鉛直方向の距離である。
（ｄ）免震装置５の引き抜き力Ｎ_ＥＱｎの算出
　算出した転倒モーメントＭを用い、式（２）より、それぞれの免震装置５の引き抜き力Ｎ_ＥＱｎを算出する（図４（ｃ））。
　Ｎ_ＥＱｎ＝Ｍ／Ｂ_ｎ… 式（２）
　式（２）において、Ｂ_ｎは各免震装置５の転倒モーメントに対するアーム長である（図４（ｂ）参照）。

　ここで、式（２）は、図４（ｂ）に示すように、２基の免震装置５を想定し、ともに同じ鉛直剛性を有することを前提としている。それぞれの免震装置５の鉛直剛性が異なる場合には、鉛直剛性バランスにより中立軸（回転中心）を求め、下記式（６）を満たすように、それぞれの免震装置５の引抜き力Ｎ_ＥＱｎを求めればよい。
　Ｎ_ＥＱｎ=Ｍ／Ｃｎ　… 式（６）
　式（６）において、Ｃｎは、免震装置ｎの中立軸からの距離である。

［第１実施形態の効果］
　本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
　ボイラ支持構造体１０において、引き抜き力が過大となる免震装置５が特定されるので、特定された箇所の免震装置５だけに引き抜き対策を施せばよいので、引き抜き対策を施す免震装置５の数を減らすことができる。
　免震装置５に引き抜き対策を施すと、積層ゴム支承のような一般的な免震装置５と比較してコストが高くなるものの、本実施形態によれば、引き抜き対策を施す免震装置５の数を減らすことができるため、低コストで免震構造を実現することが可能となる。

　また、本実施形態によれば、積層ゴム支承からなる一般的な免震装置５に引き抜き対策を組み合せるだけで足りるので、上部構造の架構計画の変更や、特別な免震装置の設置を行う必要がなく、効率的な免震構造を実現できる。

　また、免震装置５に生じる引き抜き力を算出する際には、地震応答解析を行うことが一般的であるが、本実施形態の手法によれば、上部構造の応答加速度を用いて簡易的に免震装置に生じる引き抜き力を算出する。このため、地震応答解析を実施することにより発生していた手間を省略することが可能となり、本実施形態によれば、設計工数を大幅に減らすことができる。

［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、免震層の中立軸（水平軸回りの回転中心）がずれないように引き抜き対策をする手法を提案する。以下、図５を参照してこの手法を説明する。
　図５（ａ）は、引き抜き対策を施していないボイラ支持構造体１０に地震荷重が印加されたときの、免震層の鉛直力Ｒの分布を示している。なお、中立軸Ｃは、ボイラ支持構造体１０の幅方向（図中の左右方向）の中央に位置している。これに、図５（ｂ）に示すように、図中の左端の免震装置５に引き抜き対策α１を施したとすると、中立軸Ｃは剛性の大きい側に移動するので、当初の引き抜き対策前の位置より左側に移動する。そうすると、中立軸Ｃよりも右側に生ずる鉛直力が、引き抜き対策前よりも大きくなるおそれがある。そこで、第２実施形態は、免震層の中立軸Ｃが引き抜き対策前からずれないように、引き抜き対策を施す。

　中立軸Ｃをずらさないで引き抜き対策を施すには、以下の（１）～（３）のいずれかの手法を採用することができる。
（１）設置した引き抜き対策と同じ引き抜き対策を、中立軸Ｃと対称に設置する。
　例えば、図５（ｂ）に示すように、引き抜き対策α１を施したとすると、図５（ｃ）に示すように、当初の中立軸Ｃを基準にして、引き抜き対策α１と対称の位置に引き抜き対策α２を設置する。そうすれば、中立軸Ｃは当初の位置からずれないので、当初に比べて引き抜き力が増えることはない。
（２）設置した引き抜き対策について中立軸Ｃ周りの回転剛性（（引き抜き対策の鉛直剛性）×（回転中心からのアーム長））を計算し、同様の回転剛性となる引き抜き対策を、中立軸を挟んで逆側に設置する。
（３）設置した複数の引き抜き対策について中立軸周りの回転剛性（（引き抜き対策の鉛直剛性）×（回転中心からのアーム長）の合計）を計算し、同様の回転剛性となる引き抜き対策を、中立軸を挟んで逆側に設置する。逆側に設置する対策は１個でも複数個でもよい。

　上記の（１）～（３）において、新たに設置するだけでなく、設置予定の引き抜き対策を利用してもよい。例えば、図５の例でいうと、当初は引き抜き対策α２を、図中、右から２番目の柱１１ａに施そうとしていた場合に、図５（ｃ）に示すように、設ける位置を右端の柱１１ａに変更することができる。または、当初より右端の柱１１ａに引き抜き対策を設置する予定の場合には、中立軸が動かないように、右端と左端の引き抜き対策の仕様を同じとすることができる。

［第２実施形態の効果］
　第２実施形態によれば、中立軸Ｃを対象の中心として、中立軸Ｃ回りの回転剛性が同等の引き抜き対策を施すことにより、引き抜き対策による中立軸Ｃの位置が移動することがなくなり、引き抜き対策設置の検討が容易になる。
　また、この際に、設置予定の他の引き抜き対策を利用することで、より効率的な引き抜き対策が可能になる。

［第３実施形態］
　次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態は、第２実施形態とは逆に、引き抜き対策を施すことにより、免震層の中立軸の位置を移動させることを提案する。以下、図６を参照して説明する。

　例えば、図６（ａ），（ｂ）に示すように、中立軸Ｃが幅方向（図中の左右方向）の中心から図中の左側にずれているものとする。ただし、図６（ａ）は、反時計回りの転倒モーメントＭを受け、図６（ｂ）は、時計回りの転倒モーメントＭが生じているものとする。図６（ａ）の場合には、鉛直力Ｒ３が破線で囲まれている位置に対応する２つの免震装置５に引き抜き対策を施す必要がある。以上を前提にして、引き抜き対策を施す免震装置５を検討する。

　本実施形態は、鉛直方向の回転中心（中立軸Ｃ）に近いところは地震による引き抜き力が小さく、逆に中立軸Ｃから遠いところは地震による引き抜き力が大きい傾向にあるので、常時荷重による圧縮力が小さい方に中立軸Ｃが移動するように引き抜き対策を施すことを主旨とする。
　例えば、図６（ａ），（ｂ）に対応して引き抜き対策α１を施すとすれば、図６（ｃ），（ｄ）に示すように、図中の右端の免震装置５だけに施す。そうすれば、中立軸Ｃを幅方向の中心に移動させることができるので、２つの免震装置５に引き抜き対策を施さなくて済む。

［第３実施形態の効果］
　第３実施形態によれば、中立軸Ｃの位置を調整することにより、常時荷重が小さい部分の地震時の引き抜き荷重が小さくなり、引き抜き対策を施す数を少なくできるので、より効率的な引き抜き対策が可能となる。

［第４実施形態］
　次に、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態は、第１実施形態～第３実施形態のいずれかによって引き抜き対策が設置されるボイラ支持構造体１０において、鉛直力を伝達するための部材としてつなぎ梁を設置することを提案する。以下、図７を参照して説明する。

　第４実施形態に係るボイラ支持構造体１０は、図７（ａ）に示すように、基本的な構成はボイラ支持構造体１０を踏襲しているが、免震装置５－１に生じる引き抜き力が高く、その隣の免震装置５－２に生じる引き抜き力は、引き抜き耐力に対して十分に余裕があり、低いものとする。そうしないと、免震装置５－１の引き抜き力が免震装置５－２に分配されることによって、免震装置５－２の引き抜き力が増加してその引き抜き耐力よりも大きくなり、免震装置５－２にも引き抜き対策を施さなければならなくなる可能性があるためである。
　このボイラ支持構造体１０は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、免震装置５－１が支持する柱１１ａ（柱脚１１ｂ）と免震装置５－２が支持する柱１１ａ（柱脚１１ｂ）をつなぎ梁１１ｅで連結している。

［第４実施形態の効果］
　以上のように構成されるボイラ支持構造体１０によれば、免震装置５－１に生じる高い引き抜き力がつなぎ梁１１ｃと隣接する柱１１ａを介して、他の隣接する免震装置５－２へ分配されるため、免震装置５－１に生ずる引き抜き力が軽減される。これにより、免震装置５－１に引き抜き対策を施す必要がなくなり、引き抜き対策を施す免震装置５の数を減らすことが可能となる。または、免震装置５－１に適用する引き抜き対策に要求される引き抜き耐力が小さくなるため、免震装置５－１に適用する引き抜き対策を、より簡易で安価なものへ変更することが可能となる。
　また、ボイラ支持構造体１０によれば、つなぎ梁１１ｅを配置することによって、免震層よりも上方の水平剛性が確保される。これにより、免震層よりも上方の上部構造全体が一体となって振動する振動モードを得やすくなるため、免震化の効果を高めることができる。

　以上では、つなぎ梁１１ｅだけを設けた例を示したが、鉛直剛性が不足する場合には、図７（ｃ）に示すように、水平ブレース１１ｄを設けてもよい。
　本実施形態において、つなぎ梁１１ｅと水平ブレース１１ｄは鉛直力を伝達するものであるため、柱１１ａ（柱脚１１ｂ）とつなぎ梁１１ｅ、水平ブレース１１ｄとは剛結合される。

　第４実施形態において、図８に示すように、免震装置５と並列に、つなぎ梁１１ｅに引き抜き防止機構７を設置することができる。引き抜き防止機構７は、一端がつなぎ梁１１ｅに連結され、他端が基礎１に連結されている。
　引き抜き防止機構７は、免震装置５よりも鉛直方向の剛性が高く、免震装置５の水平方向の変位に追従できる構成とする。例えば、引き抜き防止機構７とつなぎ梁１１ｅとの連結部分、及び引き抜き防止機構７と基礎１との連結部分をピン支持としたり、リニアスライダーにより支持したりすることができる。

　以上のように引き抜き防止機構７を設けることにより、地震時の引き抜き力を鉛直剛性の高い引き抜き防止機構７に集中させることができるため、その分だけ免震装置５が負荷する引き抜き力を低減できる。これにより、つなぎ梁１１ｅ，水平ブレース１１ｄを設けるだけに比べて、免震装置５に生じる引き抜き力を低減できる。これにより、引き抜き対策を施す免震装置５の数をさらに減少させることが可能となる。

［第５実施形態］
　次に、本発明の第５実施形態を説明する。第５実施形態は、第４実施形態のつなぎ梁１１ｅの代替として、図９に示すようにＲＣ（鉄筋コンクリート）製のスラブ１５を設置することを提案する。
　このスラブ１５は、柱脚１１ｂ，１１ｂ…の間に、水平方向に隙間なく設置されており、柱脚１１ｂ，１１ｂ…の相互間で、スラブ１５を介して鉛直力が伝達される。
　なお、図９に示した例では、隣接する柱脚１１ｂの全てにスラブ１５を設置したが、鉛直力の伝達が必要な箇所だけに限定してスラブ１５を配置することもできる。

［第５実施形態の効果］
　スラブ１５は、第４実施形態のつなぎ梁１１ｅと比較して重量が重い。そのために、第５実施形態によると、第４実施形態よりも免震装置５に作用する常時荷重による圧縮荷重Ｎ_Ｄ（＜０）が小さくなる。圧縮荷重Ｎ_Ｄが小さくなると、第１実施形態で示した式（１）（Ｎ_Ｄ+Ｎ_ＥＱ＞Ｎ_ｔ）を満たす免震装置５が少なくなり、引き抜き対策を施す免震装置５の数を少なくすることが可能となる。
　また、第４実施形態よりも上部構造の鉛直剛性が高められ、免震装置５に生じる引き抜き力が高い箇所の引き抜き力が、第４実施形態よりも多く他の免震装置５へ分配されるため、引き抜き力が高い箇所の引き抜き力がさらに軽減される。これにより、第４実施形態よりも引き抜き対策を施す免震装置５の数を減少させることが可能となる。

　また、ボイラ支持構造体１０は、柱脚１１ｂの位置によって免震装置５に生じる引き抜き力が異なる傾向がある。免震装置５に生じる荷重が異なると、設ける位置に応じて異なる仕様の免震装置５を配置する必要があり、一括仕様での免震装置の調達ができなくなり、コスト増の原因となる可能性がある。しかしながら、第５実施形態とすることにより、それぞれの免震装置５に生じる荷重を均等にすることができるので、柱脚１１ｂの位置に関わらず統一した仕様の免震装置５を配置することが可能となり、免震装置５のコスト低減に寄与する。

［第５実施形態の変形例］
　第５実施形態において、図１０に示すように、引き抜き力の高い免震装置５の直上にあるスラブ１５に、他の部位よりも厚い肉厚部１５Ａを設ける。
　そうすることにより、肉厚部１５Ａの直下にある免震装置５に作用する常時荷重による圧縮荷重Ｎ_Ｄ（＜０）を、上述した第５実施形態よりも小さくできる。Ｎ_Ｄが小さくなると第１実施形態で示した式（１）（Ｎ_Ｄ+Ｎ_ＥＱ＞Ｎ_ｔ）を満たす免震装置５が減り、引き抜き対策を施す免震装置５の数をさらに少なくすることが可能となる。

　スラブ１５を設ける場合には、図１１に示すように、引き抜き力の高い免震装置５の直上にあるＲＣスラブの上に機器１５Ｂ（ダクト、配管基礎など）を設置することも好ましい。
　そうすることにより、機器を設置した直下にある免震装置５に作用する常時荷重による圧縮荷重Ｎ_Ｄ（＜０）をより小さくすることができる。Ｎ_Ｄが小さくなると第１実施形態で示した式（１）（Ｎ_Ｄ+Ｎ_ＥＱ＞Ｎ_ｔ）を満たす免震装置５が減少するため、引き抜き対策を施す免震装置５の数をさらに少なくすることが可能となる。

　以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

　以上で説明した実施形態は、免震装置５が基礎１と柱１１ａの柱脚１１ｂの間に設けられる（第１形態とする）が、免震装置５を設ける位置を、支持鉄骨の高さ方向の中間領域にする（第２形態とする）こともできるし、支持鉄骨の頂部にする（第３形態とする）こともできる。
　第１形態によると、免震装置５よりも上方に位置するボイラ本体及び支持構造体の全体を免震化することが可能となり、支持鉄骨に作用する地震力を大幅に低減することが可能となる。しかも、地震時に支持構造体が一体となって振動することが可能となり、免震化の効果を向上するのに寄与する。

　第２形態について述べると、ボイラ本体を支持する支持構造体は、トップヘビーな構造物であり、上層ほどサポート荷重が大きい傾向にあるため、中間免震装置を設けることで上層のみを免震化する第２形態によっても地震力の低減効果を十分に得ることができる。
　また、免震装置を柱脚よりも高い位置に設けることにより、地震時に生ずる慣性力による免震装置の転倒モーメントＭのアーム長ｈを短くできる。これにより、免震装置に生じる引張力が低減され、大型ボイラのような地震時の転倒モーメントＭの大きいボイラ支持構造体に対して、免震装置の適用を可能とする。

　次に、第３形態について述べると、支持鉄骨は頂部でボイラ本体を吊り下げて支持するが、頂部に免震装置を設置することにより、地震時に支持鉄骨へ作用するボイラ本体の慣性力を低減することが可能となる。特に、ボイラ支持構造体が、サポートを設けない場合には、ボイラ本体の慣性力が全て免震装置より上部を介して支持鉄骨に伝わることになる。したがって、第３形態において頂部を免震化することにより、支持鉄骨へ伝達されるボイラ本体の慣性力を低減できるので、支持鉄骨へ作用する地震荷重を低減することができる。
　また、第３形態は第２形態よりも免震装置の位置がさらに高くなり、アーム長ｈが短くなるので、地震時に免震装置に生じる転倒モーメントＭがより低減される。これにより、転倒モーメントＭが非常に大きくなる支持鉄骨への免震装置の適用を可能にする。

　また、以上では、支持構造物として、ボイラを支持する構造物を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、水平方向の荷重の大きさに相当の分布が生じ得る支持構造物に広く適用することができる。

１　　　基礎
３　　　ボイラ本体（被支持体）
５　　　免震装置
７　　　防止機構
１０　　ボイラ支持構造体
１１　　支持鉄骨
１１ａ　柱
１１ｂ　柱脚
１１ｃ　梁
１１ｄ　水平ブレース
１１ｅ　つなぎ梁
１２　　鉛直ブレース
１５　　スラブ
１５Ａ　肉厚部
１５Ｂ　機器
１７　　吊下げバー
１８　　サポート
Ｃ　　　中立軸
Ｇ　　　重心
Ｍ　　　転倒モーメント

Claims

　被支持体と、基礎に柱脚を介して立設される複数の柱と、隣接する前記柱を繋ぐ複数の梁と、前記被支持体を吊下げて支持する支持鉄骨と、単数又は複数の前記柱を支持する複数の免震装置と、を備え、
　特定の前記免震装置について引き抜き対策が施されており、
　それぞれの前記免震装置について、下記の式（１）を満たすか否かで、前記引き抜き対策が施される前記免震装置が特定されている、
ことを特徴とする支持構造物。
　Ｎ_Ｄｎ＋Ｎ_ＥＱｎ＞Ｎ_ｔｎ…式（１）
　ただし、Ｎ_Ｄｎ，Ｎ_ＥＱｎ，Ｎ_ｔｎは、以下の通りに定義される。
　Ｎ_Ｄｎ（Ｎ_Ｄｎ＜０）：前記支持構造物に負荷される常時荷重に基づいて算出される、それぞれの前記免震装置に生じる圧縮荷重
　Ｎ_ＥＱｎ（Ｎ_ＥＱｎ＞０）：地震が生じたとして算出される、それぞれの前記免震装置に生じる引き抜き力
　Ｎ_ｔｎ（Ｎ_ｔｎ＞０）：それぞれの前記免震装置の許容引き抜き応力を用いて算出される、前記免震装置の許容引き抜き耐力
　前記引き抜き力Ｎ_ＥＱｎの算出は、下記の式（２）に基づいて行われる、
請求項１に記載の支持構造物。
　Ｎ_ＥＱｎ＝Ｍ／Ｂ_ｎ … 式（２）
　ただし、式（２）のＭ及びＢ_ｎは、以下の通りに定義される。
　Ｍ：水平力Ｐが、上部構造の重心Ｇに作用したときに免震層に生じる転倒モーメントであり、下記の式（３），（４）に基づいて算出される。前記上部構造は、前記免震層よりも上方の構造部分である。
　Ｂ_ｎ：それぞれの前記免震装置の転倒モーメントＭに対するアーム長
　Ｐ＝Ｓａ×ｍ … 式（３）
　Ｍ＝Ｐ×Ｌ… 式（４）
　ただし、式（３），（４）のＳａ，ｍ，Ｐ，Ｌは、以下の通りに定義される。
　Ｓａ：設計地震波の応答スペクトルにより算出される、前記上部構造の固有周期Ｔにおける応答加速度
　ｍ：前記上部構造の質量
　Ｐ：前記上部構造の水平力
　Ｌ：前記上部構造の重心Ｇから前記免震層の高さ方向の中心までの鉛直方向の距離
　前記引き抜き対策は、
　前記引き抜き対策が必要と判断された前記免震装置そのものの引き抜き耐力を大きくする第１形態を含む、
請求項１に記載の支持構造物。
　前記引き抜き対策は、
　前記引き抜き対策が必要と判断された前記免震装置そのものの引き抜き耐力を大きくする第１形態を含む、
請求項２に記載の支持構造物。
　前記引き抜き対策は、
　前記引き抜き対策が必要と判断された前記免震装置に支持される前記柱から他の前記柱に前記引き抜き力を伝える荷重伝達部材を設ける第２形態を含む、
請求項１に記載の支持構造物。
　前記引き抜き対策は、
　前記引き抜き対策が必要と判断された前記免震装置に支持される前記柱から他の前記柱に前記引き抜き力を伝える荷重伝達部材を設ける第２形態を含む、請求項２に記載の支持構造物。
　前記引き抜き対策は、
　前記引き抜き対策が必要と判断された前記免震装置そのものの引き抜き耐力を大きくする第１形態と、
　前記引き抜き対策が必要と判断された前記免震装置に支持される前記柱から他の前記柱に前記引き抜き力を伝える荷重伝達部材を設ける第２形態と、を含む、
請求項１に記載の支持構造物。
　前記引き抜き対策は、
　前記引き抜き対策が必要と判断された前記免震装置そのものの引き抜き耐力を大きくする第１形態と、
　前記引き抜き対策が必要と判断された前記免震装置に支持される前記柱から他の前記柱に前記引き抜き力を伝える荷重伝達部材を設ける第２形態と、を含む、
請求項２に記載の支持構造物。
　前記第１形態において、
　前記引き抜き対策を行う前から免震層の中立軸がずれないように、前記引き抜き対策を行う、
請求項３に記載の支持構造物。
　前記第１形態において、
　前記引き抜き対策を行う前から免震層の中立軸がずれるように、前記引き抜き対策を行う、
請求項３に記載の支持構造物。
　前記第２形態において、
　前記引き抜き対策が必要と特定された前記免震装置に支持される前記柱と他の前記柱とをつなぎ梁、及び、水平ブレースの一方又は双方で連結する、
請求項５に記載の支持構造物。
　前記第２形態において、
　前記引き抜き対策が必要と特定された前記免震装置に支持される前記柱と他の前記柱との間にＲＣスラブを設ける、
請求項５に記載の支持構造物。
　前記免震装置と並列に、前記つなぎ梁と前記基礎の間を連結する引き抜き防止機構をさらに備える、
請求項１１に記載の支持構造物。
　前記引き抜き対策が必要と特定された前記免震装置に支持される前記柱の周囲の領域の前記ＲＣスラブの上に機器を設置する、
請求項１２に記載の支持構造物。
　複数の免震装置を備える支持構造物において、前記複数の免震装置のなかから、引き抜き対策を施すべき対象をコンピュータによって特定する方法であって、
　前記支持構造物は、被支持体と、基礎に柱脚を介して立設される複数の柱と、隣接する前記柱を繋ぐ複数の梁と、前記被支持体を吊下げて支持する支持鉄骨と、単数又は複数の前記柱を支持する前記複数の免震装置と、を備えており、
　前記コンピュータが、それぞれの前記免震装置について、下記の式（１）を満たすか否か判断し、前記式（１）を満たす前記免震装置を前記引き抜き対策を施すべき前記対象として特定する方法。
　Ｎ_Ｄｎ＋Ｎ_ＥＱｎ＞Ｎ_ｔｎ…式（１）
　ただし、Ｎ_Ｄｎ，Ｎ_ＥＱｎ，Ｎ_ｔｎは、以下の通りに定義される。
　Ｎ_Ｄｎ（Ｎ_Ｄｎ＜０）：前記支持構造物に負荷される常時荷重に基づいて算出される、それぞれの前記免震装置に生じる圧縮荷重
　Ｎ_ＥＱｎ（Ｎ_ＥＱｎ＞０）：地震が生じたとして算出される、それぞれの前記免震装置に生じる引き抜き力
　Ｎ_ｔｎ（Ｎ_ｔｎ＞０）：それぞれの前記免震装置の許容引き抜き応力を用いて算出される、前記免震装置の許容引き抜き耐力
　前記引き抜き力Ｎ_ＥＱｎの算出は、下記の式（２）に基づいて行われる、
請求項１５に記載の方法。
　Ｎ_ＥＱｎ＝Ｍ／Ｂ_ｎ … 式（２）
　ただし、式（２）のＭ及びＢ_ｎは、以下の通りに定義される。
　Ｍ：水平力Ｐが上部構造の重心Ｇに作用したときに免震層に生じる転倒モーメントであり、下記の式（３），（４）に基づいて算出される。前記上部構造は、前記免震層よりも上方の構造部分である。
　Ｂ_ｎ：それぞれの前記免震装置の転倒モーメントＭに対するアーム長
　Ｐ＝Ｓａ×ｍ … 式（３）
　Ｍ＝Ｐ×Ｌ… 式（４）
　ただし、式（３），（４）のＳａ，ｍ，Ｐ，Ｌは、以下の通りに定義される。
　Ｓａ：設計地震波の応答スペクトルにより算出される、前記上部構造の固有周期Ｔにおける応答加速度
　ｍ：前記上部構造の質量
　Ｐ：前記上部構造の水平力
　Ｌ：前記上部構造の重心Ｇから前記免震層の高さ方向の中心までの鉛直方向の距離